蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用分析

陳潔

中鐵上海設(shè)計院集團有限公司徐州設(shè)計院

傳統(tǒng)地鐵車站一般采用冷卻塔+水冷冷水機組+空調(diào)末端設(shè)備的設(shè)計方案，但是傳統(tǒng)地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)問題及矛盾比較突出。針對冷卻塔存在的選址難、征地難、布置難等難題，外加越來越重視節(jié)能環(huán)保等相關(guān)問題，很多省市的地鐵開始采用蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)[1]。

1 蒸發(fā)冷凝空調(diào)在地鐵中應(yīng)用方案的對比

1.1 整體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

蒸發(fā)冷凝冷水式空調(diào)系統(tǒng)在地鐵設(shè)計中已經(jīng)較多的應(yīng)用，現(xiàn)舉例常見的兩種方案對比下這兩種形式的模式及對土建的影響。整體式的蒸發(fā)冷凝機組布置在冷水機房內(nèi)，相比其他形式的需要增設(shè)兩臺風(fēng)強排風(fēng)機，將熱量排至排風(fēng)道內(nèi)，從新風(fēng)道通過引風(fēng)閥引入新風(fēng)，因此新排風(fēng)道需要考慮這部分風(fēng)量從而加大土建的風(fēng)道面積，一般標準站風(fēng)道過風(fēng)面積約需增加8 m2左右[2]。此種方案布置圖見圖1。

圖1 整體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)方案布置圖

1.2 分體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

分體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)是通過風(fēng)機墻，從新風(fēng)道引入新風(fēng)，然后通過機組，將熱量排出排風(fēng)井，不需要設(shè)置強排風(fēng)機，機組的位置相對傳統(tǒng)和整體式系統(tǒng)的位置有所不同，根據(jù)圖2 的方案布置圖可以清晰地看出，分體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)的冷凝機組設(shè)置在新排風(fēng)道之間，壓縮機裝置仍設(shè)置在冷水機房，風(fēng)道內(nèi)的蒸發(fā)冷凝機組相對整體式的要小一些，但是這種方案并沒有節(jié)省冷水機房的占地面積，風(fēng)道的面積也與整體式一樣，需增加8 m2左右過風(fēng)面積[3]。

圖2 分體式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)方案布置圖

1.3 直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)的機組也是設(shè)置在新排風(fēng)道處見圖3，與分體式類似，相對之前的兩種系統(tǒng)，更主要的變化在于空調(diào)末端的變化，將壓縮機至于空調(diào)箱內(nèi)變?yōu)橹迸蚴娇照{(diào)末端，機組直接連接直膨式空調(diào)，從而實現(xiàn)了冷媒在末端設(shè)備內(nèi)直接換熱，因此相對傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，不僅解決了冷卻塔的問題，同時對空調(diào)的機房也做了更大的簡化，不需要冷水機房，節(jié)約了空間，只是空調(diào)末端的設(shè)備相對傳統(tǒng)的略大一點。這種系統(tǒng)設(shè)備少，比較簡約，故障點少，便于管理，但是這種方案在地鐵中應(yīng)用時間較短，應(yīng)用案例較少，對于后期運營的設(shè)備運行維護人員要求較高，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，安全熟練使用本系統(tǒng)。就目前而言，這種方案的設(shè)備投資相對較高，但是這種形式的空調(diào)系統(tǒng)多樣化，講冷凝器、壓縮機等部件進行不同的組合，更靈活解決地鐵中設(shè)備布置困難等問題。

圖3 直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)方案布置圖

2 不同類型空調(diào)系統(tǒng)在地鐵應(yīng)用中的經(jīng)濟性分析

2.1 不同空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備初投資

現(xiàn)以濟南一標準車站為例，車站大系統(tǒng)的冷負荷大約為1000 kW，小系統(tǒng)冷負荷大約為350 kW，下表將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)與蒸發(fā)冷凝冷水式系統(tǒng)與直膨式系統(tǒng)做對比，設(shè)備的數(shù)量及初投資見表1：

表1 設(shè)備初投資對比表

2.2 不同空調(diào)系統(tǒng)運行效率

冷負荷按照1350 kW 來計算，將傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)、蒸發(fā)冷凝冷水式系統(tǒng)與直膨式系統(tǒng)進行對比，采用名義工況下制冷水系統(tǒng)的綜合能源效率COPS 進行對比分析，空調(diào)季名義工況下COPS 計算表2。通過此參數(shù)的對比，可以明顯看出蒸發(fā)式冷凝直膨式空調(diào)系統(tǒng)的效率較高，節(jié)能顯著。

表2 空調(diào)季名義工況下COPS 計算表

2.3 不同空調(diào)系統(tǒng)運行費用

從水電費用上進行分析，以空調(diào)季節(jié)按照150 天運營考慮，每天運行17 h 計算，連續(xù)運行20 年，電費按1 元/kW·h 計算，使用系數(shù)按照0.6 折算，蒸發(fā)冷凝直膨式系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)20 年節(jié)省費用為：(357.5-270.2)*17*150*20*0.6*1=267.14 萬元。根據(jù)廠家提供的相關(guān)參數(shù)，水費暫按2 元/m3計算，對比這兩種系統(tǒng)運行時設(shè)備的耗水量，蒸發(fā)冷凝直膨式系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的耗水每年耗水量將近為1.5 萬m3，每年均能節(jié)約水費3 萬元，20 年節(jié)省費用為60 萬元。

所以，蒸發(fā)式冷凝直膨式系統(tǒng)運行20 年可以大約節(jié)省327 萬元。

2.4 不同空調(diào)系統(tǒng)占地面積及環(huán)境影響

傳統(tǒng)空調(diào)冷水系統(tǒng)方案下標準站一般需要設(shè)置約140 m2的制冷機房來放置2 臺冷水機組，2 臺冷凍循環(huán)泵，2 臺冷卻水循環(huán)泵，分集水器等，并且需要在室外設(shè)置地面式冷卻塔，膨脹水箱及設(shè)備圍欄，占地約60 m2。蒸發(fā)冷卻式空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)省大約100 多m2的面積，在地鐵項目中，主體內(nèi)地下制冷機房單位面積造價大約1.0 萬元/m2，每座地面式冷卻塔土建費用為10 萬元/座，比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)省100 多萬元的土建費用。同時冷卻塔還會產(chǎn)生噪聲和漂水的現(xiàn)象，造成環(huán)境不和諧，一度引起周圍居民的投訴。而使用蒸發(fā)冷空調(diào)系統(tǒng)就可以避免這些問題的出現(xiàn)，使社會環(huán)境更加和諧。

3 結(jié)論

通過對傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，蒸發(fā)冷凝冷水式系統(tǒng)與直膨式系統(tǒng)的對比介紹以及經(jīng)濟性分析，同時結(jié)合地鐵實際設(shè)計相關(guān)問題分析，蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用無論是在環(huán)境保護，投資成本以及節(jié)約能耗等方面都有明顯的優(yōu)勢，在地鐵項目中的運用也是更加廣泛。蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)也是越來越多樣化，越來越靈活巧妙的解決地鐵中存在的各種問題。